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24 neo November 2020 Technik | Se ns orik Streusignal trifft der Rauchmelder eine Entscheidung den Alarm auszulösen Speziell für den Hamburger Nuisance Alarm ist ein Detektor mit einem hohen Signalzu-Rausch-Verhältnis notwendig da das Signal vom Hamburger-Rauch schwer von anderen Raucharten zu unterscheiden ist Genau hier kommt das Sensormodul von Analog Devices ins Spiel da es Herstellern von Rauchmeldern ermöglicht diesen Test zu bestehen In Bild 2 sieht man die Funktionsweise des ADPD188BI schematisch dargestellt Der ADPD188BI besteht aus einem Gehäuse bei dem zwei Sende-LEDs blau mit einer Wellenlänge von 470 nm und infrarot mit einer Wellenlänge von 850 nm in einem Kaveat abgeschirmte Einbuchtung auf der linken Seite untergebracht sind Im rechten Teil des Gehäuses sitzt eine Photodiode und das analoge Frontend Die LEDs strahlen das Licht aus und die Rauchpartikel streuen das Licht zurück auf die Photodiode Die LED-Treiber sind integriert und von den internen Time Slots geschaltet Diese Time Slots ermöglichen es dem Benutzer die zeitliche Koordinierung des kompletten Frontends zu regulieren ohne die Register konstant neu beschreiben zu müssen Das analoge Frontend besteht aus einem Stromzu-Spannungswandler und einem analogen Filter für das Umgebungslicht Dieser besteht aus einem Bandpassfilter für das konstante Umgebungslicht und einem Integrator für das nichtkonstante Umgebungslicht wie es beispielsweise von einer Fluoreszenzlampe ausgeht Der integrierte Analog-Digital-Konverter wandelt danach die Spannung in ein digitales Signal Das richtige Sensormodul für den Rauchmelder Mit der hohen Integrationsdichte hat das ADPD188BI Rauchsensormodul einige Vorteile Durch die wenigen extern nötigen Komponenten ergibt sich eine bessere Kalibrierungsmöglichkeit des kompletten Systems Durch die zweifarbige Lichtwellendetektierung werden Fehlalarme weiter reduziert da man zusätzlich zu der einzelnen Messung jeder Wellenlänge noch das Verhältnis bilden kann Außerdem ist das Modul klein und verfügt über einen niedrigeren Stromverbrauch als herkömmliche Detektoren Der Stromverbrauch liegt bei Betrieb der infraroten LED bei ~5µW Hz Eine vollständige Integrierung der LEDs und der Photodiode in das analoge Frontend ermöglicht es dem Rauchmelderhersteller eine Ein-Modul-Lösung anzubieten Der hohe Integrationsgrad des ADPD1888BI-Moduls führt zum make or break im Hamburger-Nuisance-Test Da die normalen LEDs eine große Streuung bezüglich der Lichtstärke aufweisen muss jeder einzelne Rauchmelder herkömmlicher Technologie einzeln kalibriert werden Dies entfällt beim ADPD188BI Durch die Kalibration der Steigung und des Versatzes der Lichtzu-Stromstärke-Werte der LED stellt man sicher dass alle LEDs das gleiche Verhalten zeigen Da zusätzlich zu den LEDs der komplette Signalpfad im ADPD1881 integriert ist kann Analog Devices das Sensormodul vorkalibrieren Somit wird die Streuung der Partzu-Part-Variation verringert Rauchmelderhersteller können so auf ein vorkalibriertes Modul zurückgreifen dessen Handhabung im System somit um einiges erleichtert ist So besteht der Rauchmelder den Test Analog Devices Kalibrierungsmethode zielt direkt auf die Kalibrierung der Steigung und des Versatzes der LEDs ab Hierzu wird der ADPD188BI unter einen Reflektor gelegt das reflektierte Licht von der integrierten Photodiode gemessen Die Steigung und der Versatz kann für jeden einzelnen ADPD188BI getrennt bestimmt werden und die Kalibrierungskoeffizienten in einem nonvolatilen Speicher den eFuse-Registern des Chips eingespeichert werden Durch Auslesen dieser Koeffizienten kann die Chip-Variabilität minimiert werden Somit können Alarmschwellen in den Algorithmen schärfer gesetzt Fehlalarme reduziert und letztendlich die UL-Tests bestanden werden Das Sensormodul wurde auch unter Testbedingungen getestet Bild 3 zeigt eine Probe des ADPD188BI in einer genormten ULTestumgebung einmal gegen brennendes Polyurethan oben und einmal gegen Hamburger Rauch unten Die Auftragung erfolgt jeweils über die Zeit x-Achse mit dem Signal des ADPD188BI auf der linken y-Achse Dies ist in Power Transfer Ratio dargestellt welches das Verhältnis der Leistung zum Betreiben der LEDs zu der empfangenen Leistung der Photodiode beschreibt Die Formel welche das Power Transfer Ratio beschreibt ist im Folgenden angegeben Bild 3 Messergebnisse für den Hamburgeroben und Polyurethan-Test unten in einer UL-Testumgebung Bild ADI